改造低壓電容補償的過程研究及效益分析

榮 敏

（河鋼集團邯鋼公司焦化廠， 河北 邯鄲 056015）

1 低壓電容補償現狀介紹及分析

眾所周知，在整個輸電配電過程中，要想電網能夠安全穩定運行，就必須要有無功功率補償，為了做好這個工作，近幾年全國供電部門對各個用電部門提出了硬指標要求，要求功率因數不得低于0.9，否則將進行相應處罰[1-3]。為了做好這項工作，單位狠抓落實，提高責任心，對產品的出廠負責，努力做好高低壓電容補償工作以及新舊設備調試工作，以保證設備正常運行。在調高功率因數的基礎上，降低整個過程線路的損耗，在節能上保證電力系統的工作效率。

目前所轄區域回收、煉焦、筒倉等共計有7 個變電所14 套低壓電容補償系統。在區域內廣泛使用的交流異步電動機、電焊機、電動葫蘆、加熱器等用點設備都是感性負載。這些感性負載在進行能量轉換過程中，使加在其上的電壓超前電流一個角度，這個電流（既有電阻又有電感的線圈中流過的電流）可分解為與電壓相同相位的有功分量和落后于電壓向量90°的無功分量。無功產生無功電流和無功功率。目前變電所內低壓補償柜皆出現過補償、過電流等情況，導致熔斷器燒毀、電容器鼓包等情況發生[4]。當功率因數很低時，增長線路電流使得線路損耗增大，造成電能浪費。線路電流增大使電壓降低，會影響設備使用；其次線路電流過大，也會導致兩處受電智能開關插件溫度升高，在大容量設備啟動過程也極易造成供電不穩定。

2 改造低壓電容補償的技術難點

2.1 主要的技術難點

部分區域內低壓電容補償設備陳舊，控制器多采用手動調檔控制電容切投，自動模式下無法運行或運行不夠智能，且控制器種類不統一，損壞后無相應備件匹配，新采購備件的電容補償控制器功能豐富，接線方式與舊控制器不同。

2.2 原有控制方式隱患

煤焦區域內電容補償配電柜接線皆采用熔斷器、接觸器、熱繼電器加電容器這種接線方式，如果某相或者某兩相線路出現故障，往往會造成熔斷器燒毀，發生單相斷路、三相斷路，甚至會因發熱導致火災，給配電系統的供電穩定性帶來安全隱患。

3 采取的主要措施及達到的目標

3.1 主要措施

經與車間技術工程人員溝通，并查詢電氣設計相關資料，設計出低壓電容補償恢復具體方案。根據方案進行優化改造，降低配電線路無功電能的輸送，減少配電線路上的電能損耗；挖掘設備的潛力，提高設備的出力，充分提高設備的利用率；補償感性無功，提高功率因數，節約電能，減少電費開支；提高電壓，改善電能質量。對于控制器損壞的電壓電容補償系統，采用新的過壓、過流保護控制器，研究分析各端子接線方式，根據實際情況調整模塊參數[5]。將損壞的低壓電容補償系統重新整理，更換接觸器、電容、熱繼電器，同時將熔斷器更換為相應容量的空氣斷路器，電容也采用安全系數更高的自愈式電容器。通過進一步采取外接電阻放電措施，優化電容切除后放電功能，短時將電容電壓降低到50 V 以下。

3.2 達到的目標

具體的低壓電容補償系統接線以CGDL-JKW-12SD控制器為例，該補償控制器電壓的變化范圍小，因此對電壓的測量精度要求不高，通常有1%的測量精度就夠了，通常情況下，不測量電壓也可以實現很好的無功補償控制[6]。“延時”整定、切投的延時時間應在10～120 s 范圍內調節“靈敏度”整定，電流靈敏度不大于0～2 A。投入及切除門限整定，其功率因數應在0.85（滯后）～0.95（超前）范圍內整定。同時可對過壓保護設量、顯示設置、循環投切功能進行調整。如下頁圖1 所示，該控制器功能簡單、利于維護，系統優化改造完成后，使得所轄區域內的低壓電容補償系統運行率為100%，功率因數區穩定在0.90～0.95 之間，同時可以使受電智能開關電流降低20%左右，有效避免觸頭發熱。提高了功率因數，節約了電能，減少了電費開支，提高了電壓，改善了電能質量。

圖1 CGDL-JKW-12SD 控制器接線圖（取樣電壓380 V）

通過認真細致安排，集中力量利用15 d 時間完成了對煤焦區域低壓變電所內電容補償柜的改造。以筒倉新設備電容補償為依據[7]，具體工作內容包括：對于控制器損壞的電壓電容補償系統，采用新的過壓、過流保護控制器，研究計算無功功率，分析實際情況，重新接線，根據計算結果調整參數；對損壞的低壓電容補償系統進行重新整理，更換接觸器、電容、熱繼電器，同時將熔斷器更換為空氣開關，電容采用自愈式電容器；將熔斷器更換為小型斷路器，主要考慮到熔斷器安裝和維護不方便，如果運行中某一組出現故障需要檢修處理時，需要關閉補償柜的總電源才可進行，這樣會造成一定的經濟損失，其次熔斷器一旦因為故障引起熔斷，必須更換新熔斷器，不可恢復，增加了成本，而小型熔斷器使用方便，有故障開關就會動作，故障處理完畢后，即可恢復正常做工；優化電容切除后放電功能，短時將電容電壓降低到50 V 以下；加大點檢力度，發現問題及時處理，防止一般性故障導致電容補償系統故障；同時對運行過程中出現的問題進行改進、鞏固[8]。

4 改造情況及效果

根據2019 年實際情況，設備采購費用如表1 所示。

表1 設備采購費用表

改造費用大概投入在2 萬元左右，通過對篩焦變電所、工藝循環水變電所等投入電容后統計，受電電流降低幅度平均都在200 A 左右。這樣一來，對于單臺1 000 kVA/400 V 或者6 000 kVA/400 V 變壓器來講，每小時節電量約為7 kW·h。

所轄區域共計變壓器22 臺，每天運行24 h，全年共365 d，共計節電為22×24×365×7=1 349 040 kW·h，企業工廠按照峰谷平電量的平均值0.55 元/（kW·h）電費計算，全年節約電費共計1 349 040×0.55≈74 萬元。在目前電力不平衡、高煤價、局勢不穩定的情況下，此次節電改造的社會效益明顯。

5 維護保障工作

1）進一步細化完成點檢路線的規劃，保證完成點檢計劃，包括測溫、切投情況、電容器各元器件檢查等方面，此過程按周期進行。并根據實際生產情況，定期安排停電檢修。

2）對存在季節性特點的設備故障，細化設備種類，按設備的重要級別進行傾向性管理，特別是夏季高溫室內制冷效果差的時候，要仔細檢查電容器外殼是否膨脹，是否存在漏油、滲漏現象，以及電容器外殼有無放電痕跡、雜聲有無異常等。

3）很好地完成了對電氣設備維保人員的電氣培訓與合作。

4）與設備管理人員交流點檢經驗、借鑒成熟點檢經驗。

5）進一步向點檢問題一條龍方向努力，保證每一個備件、隱患等都能有據可依。

6 結語

無功補償作為電網安全、經濟運行的一個重要手段，對提高系統電壓水平、降低線路損耗、改善電工廠功率因數、增強系統穩定性起著十分重要的作用。接下來還需設備管理維護者進一步從節能降耗、安全用電、優化控制方面來助力企業良性發展。